Электроника и схемотехника (Ерёменко В.Т

го переключения условное (дискретное) время принимает целочисленные значения, для которых состояние триггера можно предсказать, так как к моменту нового переключения переходный процесс предыдущего переключения уже завершен. Этим объясняется форма записи функций переходов триггера.

Асинхронные RS-триггеры используются и как самостоятельные изделия, но чаще всего в составе более сложных триггерных схем.

Помимо асинхронных RS-триггеров очень часто используются

тактируемые (синхронизированные) RS-триггеры. Тактируемые триггеры имеют на входе ЛЭ, входы которых соединены так, чтобы образовать вход С-тактовый вход (рис. 13.7).

Рис. 13.7. Структурная схема тактируемого уровнем сигнала RS-триггера

Пусть S =1, C=1, R = 0, тогда должно быть. Q = 1, (Q=0), так как асинхронный триггер D3, D4 устанавливается в 1 сигналом 0.

Тактируемые RS-триггеры при наличии тактового импульса действуют как асинхронные, поэтому смена сигналов на информационных входах должна происходить только в паузах между тактовыми импульсами, иначе возникнут нарушения в работе – сбои. Как отмечалось ранее, для RS-триггера есть сочетание входных сигналов, после снятия которых триггер может принять любое из двух состояний, причем это состояние заранее не определено.

13.3. Разновидности RS-триггеров

Подключая к входам RS-триггера схему управления из ЛЭ, включенных определенным образом, можно обеспечить такое положение, что при всех комбинациях входных сигналов сигналы на вы-

ходе будут иметь заведомо известные состояния. В литературе можно встретить S-триггеры, R-триггеры, Е-триггеры, как разновидности RS-триггеров. S-триггер принимает единичное состояние при запрещенной для RS-триггера комбинации; R-триггер принимает нулевое состояние; Е-триггер принимает состояние, в котором он был до подачи запрещенной комбинации. Триггер, меняющий свое состояние на противоположное после действия запрещенной для RS-триггера комбинации, относится к JК-триггерам, причем вход J соответствует входу S, а вход К – входу R. Каждый из этих триггеров может быть асинхронным либо тактируемым. Кроме того они могут быть с прямым, либо с инверсным управлением, тогда их можно обозначить как S-триггер, R-триггер, E-триггер, JK-триггер. Сводная таблица асин-

Рис. 13.8. Структурные схемы Е-триггера (а), R-триггера (б)

Двухступенчатый RS-триггер (MS-триггер). МS-триггер состо-

ит из двух последовательно включенных синхронных RS-триггеров. Один из триггеров называют М-триггер (master − хозяин), другой

S-триггер (slave − раб) (рис. 13.9).

На входах R и S уровни сигналов должны быть установлены заранее, а управление делается сигналом С. Анализ диаграмм (рис. 13.10) показывает, что информация, поступившая на входы R и S принимается в М-триггер, когда сигнал С изменится от 0 к 1 (по фронту). Но пока С = 1, эта информация не приходит в S-триггер, так как инверсией С = 0 закрыты входные конъюнкторы S-схемы. Эти коньюнкторы откроются лишь тогда, когда сигнал С = 0 изменится от 0 к 1, т.е. по спаду синхронного сигнала С. Только после этого информация с выхода Qm попадет на выход Qs, т.е. триггер меняет свое состояние по срезу С-сигнала.

Срезу С-сигнала должен предшествовать интервал подготовки, в течение которого входные сигналы на входах R и S не должны меняться. Иначе, если срез С-сигнала наложится на процесс переключения М-схемы, правильную работу гарантировать нельзя. Так как входные коньюнкторы закрываются срезом синхроимпульса, то они не пропустят никаких изменений входного сигнала после этого, т.е. управляющие сигналы можно обновлять тоже по срезу (сразу после него) синхроимпульса. Рассмотренный принцип построения двухступенчатого триггера лежит в основе принципа динамического управления триггером, при котором существенно повышается помехоустойчивость триггерной системы.

Действие рассмотренных триггеров аналитически описывается так называемыми уравнениями состояний, в которых показано, под действием каких сочетаний входных логических сигналов триггер изменяет состояние на выходе. Для несинхронизируемых триггеров эти уравнения показаны ниже:

RS-триггер: Q(t+1) = S(t) + Q(t) R(t), RS=0; RS-триггер: Q(t+1) = S(t) + Q(t) R(t), R + S =1; IK-триггер: Q(t+1) = I(t) Q(t) + K(t) Q(t).

Рассмотрев основные принципы построения триггеров можем сделать классификацию триггеров. Триггеры классифицируют по способу записи информации и функциональному признаку. По способу записи различают тактируемые (синхронизируемые) и асинхронные (несинхронизируемые) триггеры. У асинхронного триггера изменение его состояния происходит непосредственно с приходом управляющего сигнала. В синхронизируемых триггерах кроме информационных входов имеются так называемые входы синхронизации (тактовые входы). Изменение состояния тактируемого триггера при наличии на входах информационных сигналов может произойти

только после подачи на тактовые входы соответствующих разрешающих сигналов. Причем разрешающий сигнал может быть подан либо в виде потенциала (статическое управление), либо в виде перепада (динамическое управление). Классификация триггеров по функциональному признаку представлена на рис. 13.11:

Рис. 13.11. Классификация триггеров

Основой классификации по функциональному признаку является способ организации логических связей между входами и выходами в определенные (дискретные) моменты времени (t, t+1, t – 1). Название триггера отражает особенности его управления и характеризует вид логического уравнения (уравнение состояния), описывающего его функционирование при подаче соответствующих сигналов.

Ввиду разнообразия различных видов триггеров общеприняты обозначения входов и выходов триггеров, которые применяются в основных видах УГО (условных графических обозначений). Ранее было отмечено, что состояние триггера отождествляют с сигналом на его прямом выходе: триггер находится в единичном состоянии (установлен) при Q = 1 (Q = 0) и в нулевом состоянии («сброшен»), если Q = 0 (Q = 1). Входы имеют следующие обозначения:

S − вход для раздельной установки триггера в состояние 1; R − вход для раздельной установки триггера в состояние 0; J − вход для установки триггера в состояние 1;

K − вход для сброса этого триггера; T − счетный вход;

D − информационный вход для установки или сброса триггера; C − тактовый вход;

E − дополнительный управляющий вход для разрешения приема информации (ранее был V-вход согласно ГОСТ2743-72, отсюда остались названия DV, TV-триггеры).

Срабатывание по фронту либо по спаду импульса отмечается зна-

Если триггер управляется инверсным сигналом (логическим нулем), то это показывается кружком, располагаемым на конце входного вывода.

Если требуется указать инверсный выход, то кружок ставят в на-

Рис. 13.12. Примеры УГО триггеров

13.4. JК-триггеры

JК-триггер носит название универсального триггера, так как используется во многих устройствах (регистры, счетчики, делители частоты и т.п.) чаще других за счет того, что легко преобразуется в триггеры других видов.

JК-триггер с потенциальным (статическим) управлением может быть построен на базе RS-триггера (рис. 13.13) путем введения дополнительных элементов и цепей обратной связи.

Рис. 13.13. Структурная схема JK-триггера со статическим управлением

Функция переходов (уравнение состояния) имеет вид:

Q(t+1) = J(t) Q(t) + K(t) Q(t).

JК-триггеры обычно выполняются синхронными и двухступенчатыми, что расширяет их возможности и повышает помехоустойчивость. Логическая структура двухступенчатого JК-триггера представлена на рис. 13.14. Эта структура отличается от рассмотренной ранее двухступенчатой структуры RS-триггера наличием обратных связей с выхода на вход.

Рис. 13.14. Структурная схема двухступенчатого JK-триггера, срабатывающего по спаду синхроимпульса

Можно видеть, что схема отличается от МS-триггера наличием цепей обратной связи и трехвходовыми элементами И в первой ступени (в М-схеме). При любом состоянии триггера сигналы обратной связи открывают для С-сигнала (при J = К = 1) именно тот конъюнктор, пройдя через который С-сигнал переведет триггер в противоположное состояние. Данные о функционировании JК-триггера приведены в табл. 13.4.

Таблица 13.4

Таблица функционирования JK-триггера

Главное условие правильной работы остается прежним: во время изменения синхросигнала не должны меняться сигналы на информационных входах J, K.

13.5. D-триггер и T-триггер

D-триггер. D-триггер имеет один информационный вход; сигнал на выходе D-триггера повторяет сигнал на входе D, существовавший в предыдущем такте, т.е. D-триггер «запоминает» этот сигнал до следующего такта. Функция переходов имеет вид:

Q (t +1) = D(t).

Можно сказать, что D-триггер задерживает на один такт информацию, существовавшую на входе D. D-триггеры выполняются тактируемыми. Логическая структура D-триггера со статическим управлением, построенного на базе RS-триггера с тактированием потенциалом (уровнем) синхронизирующего сигнала, представлена на рис. 13.15.

Рис. 13.15. Структурная схема и таблица функционирования D-триггера с потенциальным управлением

Принцип действия рассматриваемого D-триггера поясняется диаграммами сигналов, приведенными на рис. 13.16.

Рис. 13.16. Диаграммы сигналов D-триггера

Из диаграмм видно, что D-триггер осуществляет «задержку» появления, (исчезновения) импульса на выходе на промежутки времени между фронтом импульса и фронтом (спадом) сигнала на D-входе.

D-триггер, как и любой другой, может быть построен не только на элементах И-НЕ, но и на других: ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ. При этом удается совместить функции триггерной ячейки и комбинационной логической схемы. Примером может служить DV-триггер на элементах И-ИЛИ-НЕ (рис. 13.17).

Рис. 13.17. Структурная схема DV-триггера

Характеристическое уравнение для DV-триггера имеет вид:

D-триггер с динамическим управлением, так называемый шестиэлементный триггер (триггер Вебба) (рис. 13.18) [22].

Рис. 13.18. Структурная схема и УГО шестиэлементного D-триггера

В структуре (рис. 13.18) имеются шесть элементов И-НЕ, образующих попарно три элементарных триггера. Дополнительные входы асинхронного управления R, S действуют независимо от D-входа и служат для асинхрoнной установки или сброса триггера.

Если С=0, на выходе Q2 = Q3 = 1 и триггер DD5, DD6 находится в режиме хранения Q =Q(t). Состояние элементов DD1 и DD4 определяется сигналами D(t): если D = 0, то Q1 =1, Q4 = Q3∙Q1= 0; если

D = 1, то Q1 = Q2∙ D = 0, Q4 = 1.

Если С = 0, а сигнал на входе D изменится, то это отразится лишь на состоянии Q1, Q4, но на выходах схемы это не отразится.

С приходом сигнала С =1 (при изменении от 0 до 1) возникает такая комбинация сигналов Q2, Q3, которая приводит выходную триггерную ячейку в состояние, которое было на входе D(t). УГО триггера отражает тот факт, что «активным» уровнем для входов R, S является низкий логический уровень входного сигнала.

Режимы работы триггера отражены в таблице состояний

(табл. 13.5).

D-триггеры очень часто используются в различных схемах: регистрах, счетчиках. Это объясняется тем, что D-триггеры позволяют построить схемы с малой вероятностью ложных срабатываний.